Techniques de production, d'exploration et d'analyse d'environnements archéologiques virtuels

Production, exploration and analysis techniques of virtual archaeological environments

• Auteur / Autrice : Jean-Baptiste Barreau
• Direction : Bruno Arnaldi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 10/07/2017
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) - Centre national de la recherche scientifique (France). Unité mixte de recherche (6566) - Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires / IRISA - 3D interaction with virtual environments using body and mind
• Jury : Président / Présidente : Jean-Louis Pazat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Arnaldi, Jean-Louis Pazat, Nadine Rouillon-Couture, Pascal Guitton, Guillaume Moreau, François Giligny, Réginald Auger, Valérie Gouranton
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nadine Rouillon-Couture

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Lasergrammétrie

Photogrammétrie

Impression 3D

Interaction humain-machine

Réalité virtuelle

Archéologie

Mots clés libres

Réalité Virtuelle

Archéologie

Immersion

Virtual Reality

Archeology

Immersion

Résumé

Si les possibilités de numérisation 3D de la présente réalité d'un site archéologique par le biais des dernières techniques d'acquisition 3D (photogrammétrie/scan laser) aident à la compréhension de son fonctionnement, elles peuvent aussi permettre de véritables hypothèses de reconstitutions de celui-ci tel qu'il a pu l'être à une époque donnée. Les besoins de la communauté archéologique concernant ces restitutions de structures ou d'environnements sont en effet considérables car, au-delà d'un intérêt évident en termes de valorisation du patrimoine, celles-ci permettent de véritablement mieux appréhender leurs fonctionnements et les sociétés qui les ont occupés. C'est partant de ce contexte que le premier objectif de cette thèse a été d'opérer, traiter et analyser différents niveaux de production d'environnements archéologiques 3D pour la recherche archéologique. Le second objectif a concerné la conception et la mise en place de méthodes d'interactions et de simulations immersives pour que les archéologues puissent démontrer certaines hypothèses, notamment en travaillant sur la perception d'indices visuels pertinents.

Die 3D-Digitalisierung biete die Möglichkeit die aktuelle Realität einer archäologischen Stätte abzubilden und damit zu versehen wie diese funktioniert. Zudem können sie auch Hypothesen über die Wiederherstellung der Stätte ermöglichen, so wie diese in der Vergangenheit hätte aussehen sollen. In der Tat sind die Erkenntnisse der Archäologen bei der Reproduktion dieser Strukturen oder deren Umgebungen bedeutsam, da sie einen offensichtlichen Vorteil hinsichtlich der Bewertung und des Verständnisses über die Herkunft, die Organisation und die Menschen, die dort lebten, ermöglichen. Vor diesem Hintergrund war das erste Ziel dieser Arbeit, verschiedene Ebenen der 3D-Archäologie für die archäologische Forschung zu bearbeiten, zu prozessieren und anschließend zu analysieren. Das zweite Ziel dieser Arbeit befasste sich mit dem Entwurf und der Implementierung von Interaktions- und Simulationsmethoden. mit denen die Archäologen, dann bestimmte Hypothesen demonstrieren könnten. Insbesondere durch die Verarbeitung der Wahrnehmung von relevanten visuellen Hinweisen.

Möjligheten att 3D-digitalisera ett arkeologiskt områdes nuvarande tillstånd underlättar förståelsen av området, och kan generera hypoteser kring hur området kan ha sett ut tidigare. Arkeologers behov av att återskapa strukturer och miljöer är betydande, eftersom det inte bara förenklar värderingen av fynden, utan för att det också gör det möjligt att bättre förstå hur miljön var organiserad och fösta människorna som levde där. Utifrån denna kontext är det första syftet med denna avhandling att styra, bearbeta och analysera olika nivåer av produktion av arkeologiska 3D-modeller för arkeologisk forskning. Det andra syftet rör design och implementering av immersiva interaktions- och simuleringsmetoder för att arkeologer ska kunna visa specifika hypoteser, särskilt genom varseblivning av relevanta visuella signaler.

Se as possibilidades de digitalização 3D da realidade actual de um sítio arqueológico através das mais recentes técnicas de aquisição 3D (fotogrametria / laser scanning) ajudam à compreensão do funcionamento do mesmo, elas possibilitam, também, hipóteses de reconstituição do sítio tal como este seria no passado. As necessidades da comunidade arqueológica no que concerne a reproduções de estruturas ou de ambientes são, sem dúvida, consideráveis, uma vez que, para além do claro interesse em termos de valorização do património, estas permitem uma melhor apreensão dos seus funcionamentos e das sociedades que os ocuparam. Neste contexto, o primeiro objectivo da presente dissertação foi o de criar, processar e analisar diferentes níveis de produção de ambientes arqueológicos 3D destinados à investigação arqueológica. O segundo objectivo visou a concepção e a implementação de métodos de interacção e simulação imersivas para que os arqueólogos pudessem demonstrar determinadas hipóteses, em particular incidindo na percepção de índices visuais pertinentes.

最新の３次元データー収集技術（写真計測・レーザースキャン）による遺跡の現状の３次元デジタル化により、遺跡の仕組みの理解が容易となり、過去の様子を再現し仮説を立てることも可能となる。遺構や古環境の復元は、埋蔵文化財の活用を支えるという明白な寄与だけでなく、遺跡の様々な利用や古文化の理解を深める役割を果たすため、考古学界にとって非常に重要である。そういう事情で、本論文の目的は第一に、考古学的研究のために多様レベルの３d考古学環境を操作し、処理、分析する事であった。第二の目的は、没入型インタラクションとシミュレーション手法の構想と実装であり、特に適切な視覚的手がかりの知覚を用いて、考古学者の特定の仮説を支えることであった。

The possibilities of 3D digitisations of an archaeological site's current reality help to understand how it works, but they can also enable hypothesis about the reconstitutions of the site as it should have been in the past. Indeed the needs of archaeologists in the reproductions of those structures or environments are significant because, beyond an obvious advantage in terms of valuation of the heritage, they make it possible to understand better their organisation and the people that lived there. It is from this context that the first objective of this thesis was to operate, process and analyze different levels of 3D archaeological environments production for archaeological research. The second objective has concerned the design and implementation of immersive interaction and simulation methods so that archaeologists could demonstrate certain hypotheses, in particular by working on the perception of relevant visual cues

Se le possibilità di digitalizzazione 3D della situazione presente di un sito archeologico tramite le ultime tecniche di acquisizione 3D ( fotogrammetria, scan laser) aiutano alla comprensione del suo funzionamento, possono permettere anche delle veritiere ipotesi di ricostituzione di come esso potesse essere ad una determinata epoca. I bisogni della comunità archeologica riguardo a queste restituzioni di strutture o ambienti sono in effetti considerevoli poiché, al di là di un evidente interesse in termini di valorizzazione di patrimonio, permettono di comprendere al meglio i loro funzionamenti e le società che li hanno occupati. E' a partire da questo contesto, che il primo obbiettivo di questa tesi è stato quello di operare, trattare e analizzare diversi livelli di produzione di ambienti archeologici 3D per la ricerca archeologica. Il secondo obbiettivo riguarda la concezione e la realizzazione di metodi di interazione e di simulazione immersivi affinchè gli archeologi possano mostrare certe ipotesi, in particolar modo lavorando sulla percezione di indici visuali pertinenti.

Si las posibilidades de digitalización 3D de la realidad presente de un sitio arqueológico a través de las últimas técnicas de adquisición 3D (fotogrametría / escaneo láser) ayudan a entender su funcionamiento, también permiten auténticas hipótesis de reconstrucción de éste tal y como pudo ser en cierta época. Las necesidades de la comunidad arqueológica cuanto a estas restituciones de estructuras o de entornos son de hecho considerables pues, además del interés evidente en términos de valorización del patrimonio, estas permiten de concebir realmente mejor tanto sus funciones como las sociedades que los han ocupado. Es partiendo de este contexto que el primer objetivo de esta tesis ha sido el de realizar, tratar y analizar diferentes niveles de producción de entornos arqueológicos 3D para la investigación arqueológica. El segundo objetivo ha abarcado la concepción y el establecimiento de métodos de interacciones y de simulaciones inmersivos para que los arqueólogos puedan demostrar ciertas hipótesis, especialmente trabajando sobre la percepción de indicios visuales pertinentes.